Bài giảng Giản đồ pha: Chương 5 - Nguyễn Văn Hòa

CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

1. GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA CÁC
HỆ BẬC 3 MUỐI - NƯỚC CÓ ION CHUNG
• Hệ bậc 3 muối – nước có ion chung là hệ gồm 2 muối có
ion chung và nước: AX – AY – H2O.
• Hệ được nghiên cứu ở P = cons nên Tmax = 3, tương ứng
với 3 thông số xác định trạng thái cân bằng là t0 và 2
nồng độ của 2 muối. Từ đây giản đồ độ tan đa nhiệt phải
có dạng không gian 3 chiều. Đó là lăng trụ 3 mặt, thành
phần hệ được biểu diễn trên tam giác phẳng đáy và nhiệt
độ được biểu diễn trên các trục thẳng góc với mặt đáy.
Giản đồ pha



1


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

• Giản đồ đa nhiệt không gian cho
phép tính toán các quá trình xảy
ra khi thay đổi nhiệt độ.
• Giản đồ độ tan đẳng nhiệt và
cho phép tiến hành các tính toán
nhiều quá trình khác nhau ở
nhiệt độ khảo sát.

Giản đồ pha



2


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

• Khi biểu diễn thành phần theo % (khối lượng, mol) hay
phần đơn vị thì có thể biểu diễn giản đồ ở dạng tam giác
đều (phương pháp Ghipxơ – Rôzêbom) hay tam giác
vuông (phương pháp Xcơrâynơmake) mà được gọi là tam
giác thành phần hay tam giác nồng độ.

Giản đồ pha



3


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

• Khi biểu diễn thành phần theo
gam muối đối với 100 hoặc
1000g H2O, hay theo mol muối
đối với 100 hoặc 1000 mol H2O,

thì dùng tọa độ vuông góc để biểu
diễn giản đồ độ tan đẳng nhiệt
(phương pháp Xcơrâynơmake).

Theo phương pháp này chỉ có thể áp dụng quy tắc đòn
bẩy để tính lượng nước bay hơi khi cô đẳng nhiệt dung
dịch hay để tính toán đối với quá trình hòa tan, kết tinh
muối hydrat.
Giản đồ pha



4


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

1.1. Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành hỗn
hợp eptonic
a. Trường hợp 2 muối kết tinh dạng khan:
 Các yếu tố hình học:
Đường cong độ tan: nhánh aE biểu diễn độ tan của AX
(trong sự có mặt của AY), nhánh bE biểu diễn độ tan của
AY (trong sự có mặt của AX) ở nhiệt độ khảo sát.
Điểm vô biến tương hợp eptonic: E, tại đây xảy ra sự kết
tinh đồng thời 2 muối AX, AY từ dung dịch: LE ⇌ AX + AY
Giản đồ pha

5


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

Vùng pha: (1) – vùng 1 pha lỏng; (2) và (3) – vùng 2 pha
lỏng + rắn; (5) – vùng 3 pha lỏng + rắn AX + rắn AY
 Xét quá trình kết tinh bằng cách bay hơi (cô) đẳng nhiệt
dung dịch M:

Giản đồ pha



6


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

b. Trường hợp 1 trong 2 muối kết tinh dạng hyđrat:
Giản đồ độ tan đẳng nhiệt có 2 dạng: dạng (I) - muối khan
không có nhánh đường cong độ tan trên giản đồ và dạng (II)
- muối khan có nhánh đường cong độ tan.
 Các yếu tố hình học:
Đường cong độ tan: nhánh độ tan EP của muối AY.
Điểm vô biến: ngoài điểm vô biến eptonic E tương ứng cân
bằng LE ⇌ AX + AY, trên giản đồ (II) có điểm mới P (điểm

chuyển), tại đây xảy ra quá trình kết tinh vô biến không
tương hợp tương ứng cân bằng LP + H (AY.nH2O) ⇌ AY
Giản đồ pha



7


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

Vùng pha: (1) – vùng 1 pha dung dịch chưa bảo hòa; (2),
(3), (4) - vùng 2 pha: dung dịch bảo hòa 1 muối và tinh thể
muối rắn đó; (5), (6) - vùng 3 pha: dung dịch bảo hòa 2 muối
và tinh thể 2 muối rắn đó; (7) - vùng 3 pha rắn (tinh thể 3
muối rắn). AX
I

II
2

a

5
7

1
W(H2O)

Giản đồ pha

3
b

H(AY.nH2 O) AY



8


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

• Xét quá trình cô đẳng nhiệt dung dịch N:
AX

a

2

5

E
1
N
x
W(H2O)
Giản đồ pha

Ns

3

P

N1

b

N4

N2 N3
4

6

N6
N5
R3

H(AY.nH2O)



N7

N8
R7

AY
9


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

1.2. Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành muối
kép
Muối kép tạo thành là khan (AX.AY) hòa tan tương hợp (I)
hay không tương hợp (II) hoặc là hyđrat (AX.AY.nH2O) hòa
tan tương hợp (III) hay không tương hợp (IV).
 Các yếu tố hình học: (1) - vùng 1 pha: dung dịch chưa
bảo hòa; (2) - vùng 2 pha: dung dịch bảo hòa 1 muối và
tinh thể muối rắn đó; (3) - vùng 3 pha: dung dịch bảo hòa
2 muối và tinh thể 2 muối rắn đó; (4) - vùng 3 pha rắn:
tinh thể 2 muối đơn và muối kép.
Giản đồ pha



10


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC
AX

AX

I

S(AX.AY)

I
2

a

1 E1

3
2
o
E2

E1 O
E2

3
2

b

W(H2O)

a

S(AX.AY)

b

W(H2 O)

AY

AX

AX

II
a

II
E

E
1

a

3

2

P

2

S (AX.AY)

2

W(H2O)

Giản đồ pha

b

S
(AX.AY)

p

3
AY

W(H2 O)



b

11


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC
AX

III

III
2

a

x

4

3

S
(AX.AY.nH2O)

1 E1 2 Mx
o 1
E2

M

3
2

b

W(H2O)

AY

AX

AX

IV
a

3

2

4

E
1

I

x

x

M

W(H2O)

Giản đồ pha

IV

P

2
M2

M1

b

2

a
K

E

S (AX.AY.nH2O)
3
AY

S
(AX.AY.nH2O)

p
W(H2 O)



b

AY

12


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

Đường cong độ tan: aE1, bE2 (bP) là của muối đơn;
E1E2(E1P) là của muối kép (S).
Điểm: E1, E2 là điểm eptonic, tương ứng quá trình kết tinh
vô biến tương hợp: LE1 ⇌ AX + S và LE2 ⇌ S + AY
P là điểm chuyển, tương ứng quá trình kết tinh vô biến
không tương hợp: LP + AY ⇌ S

O là giao điểm của E1E2 với tia WS. Dung dịch O có tỉ lệ
thành phần 2 muối AX và AY ứng đúng tỉ lệ thành phần 2
muối đó trong muối kép. Tia WS chia giản đồ thành 2 giản
đồ đơn giản thứ cấp.
Giản đồ pha



13


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

• Xét quá trình hòa tan muối kép S vào trong nước để được

dung dịch có điểm hệ tại M, sau đó thực hiện quá trình
bay hơi đẳng nhiệt dung dịch M trong 2 trường hợp hình
III và IV.
• Xét quá trình hòa tan hỗn hợp 2 muối AX và AY có điểm
hệ tại K (hình IV) vào trong nước cho đến khi được dung
dịch tại I, sau đó cô đẳng nhiệt dung dịch I cho đến khi
được muối kép S tinh khiết cực đại.

Giản đồ pha



14


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

 Khảo sát quá trình cô đẳng nhiệt trên giản đồ
vuông góc:

Giản đồ pha



15


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

1.3. Giản đồ độ tan đẳng nhiệt hệ tạo thành dung
dịch rắn
a. Trường hợp taọ thành dung dịch rắn liên tục:
AX, AY khi kết tinh tạo thành một dãy dung dịch rắn liên tục
(). Trên giản đồ đường cong ab biểu diễn thành phần các
dung dịch bảo hòa dung dịch rắn . Thành phần các dung
dịch rắn  tương ứng các dung dịch bảo hòa này nằm trên
cạnh AXAY. Vùng WabW là vùng 1 pha, tương ứng dung
dịch chưa bảo hòa, vùng abAYAXa là vùng 2 pha, tương ứng
dung dịch bảo hòa  và các tinh thể  nằm cân bằng.
Giản đồ pha



16


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

Xét quá trình cô đẳng nhiệt dung
dịch M:
Từ M  M1: bay hơi nước.
Từ M1  M3: bay hơi nước,
tách dung dịch rắn . Điểm pha
lỏng từ M1  L3, điểm pha rắn
từ R1  M3. Ví dụ ở M2: dung
dịch lỏng ở L2, dung dịch rắn ở
R2. Khi điểm pha lỏng đến L3,

điểm hệ và dung dịch rắn đến M3
thì quá trình kết tinh kết thúc.
Giản đồ pha

W(H2O)

a

Mx
M1 L
2L3

b

M2

AX



R 1 R2

M3

AY
17


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

b. Trường hợp tạo thành dung dịch rắn hạn chế:
Các muối AX.nH2O và AY khi kết tinh tạo nên 2 dãy dung
W(H2O)
dịch rắn  và .

• Các yếu tố hình học
Nhánh aE biểu diễn thành
phần các dung dịch bảo hòa
muối AX.nH2O, nhánh EP
tương ứng các dung dịch bảo
hòa , nhánh Pb tương ứng
các dung dịch bảo hòa .
Giản đồ pha

x

a
(AX.nH2O)
H
AX



M
b

E
L



P

M1
M
M

M4 R
M5

2



3

Q

R1
AY
18


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

Điểm eptonic E tương ứng dụng dịch bảo hòa đồng thời, 
và AX.nH2O nghĩa là tại E sẽ xảy ra quá trình kết tinh vô
biến tương hợp LE ⇌  + AX.nH2O.

Điểm chuyển P tương ứng dung dịch bảo hòa đồng thời 
(có thành phần là Q) và  (có thành phần là R). Tại P xảy ra
quá trình kết tinh vô biến không tương hợp: LP + Q ⇌ R.

• Xét quá trình bay hơi đẳng nhiệt dung dịch M:

Giản đồ pha



19


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

2. VÍ DỤ TÍNH TOÁN DỰA TRÊN GIẢN ĐỒ
ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT HỆ BẬC 3 MUỐI –
NƯỚC
2.1. Ví dụ 1: Trộn nước ót (nước biển sau khi tách NaCl,
chứa nhiều MgCl2) vào nước biển gần bảo hòa NaCl để kết
tinh NaCl. Hãy dựa trên giản đồ độ tan đẳng nhịêt hệ NaCl –
MgCl2 – H2O ở 25oC để giải thích và tính lượng NaCl tách
ra khi trộn dung dịch NaCl gần bảo hòa gồm 23,5 kg NaCl
và 66,5 kg H2O với dung dịch MgCl2 có thành phần là 84,0
kg MgCl2 và 156,0 kg H2O ở 25oC.
Giản đồ pha

20


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

Giản đồ pha



21


CHƯƠNG 5 – GIẢN ĐỒ ĐỘ TAN ĐẲNG NHIỆT CỦA
CÁC HỆ BẬC 3 MUỐI NƯỚC

2.2. Ví dụ 2: Cho giản đồ hệ NaCl – KCl – H2O với 2
đường độ tan đẳng nhiệt ở 25o và 100oC. Hãy sử dụng giản
đồ này để tách 2 muối NaCl, KCl ra dưới dạng nguyên chất
trong hỗn hợp: 7,5 kg NaCl, 15,0 kg KCl và 100 kg H2O.

Giản đồ pha



22